高传真扩音机与扬声器系统的功率匹配

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本文为什么要单讲功率匹配问题?这是因为OCL等高传真扩音机的功放输出级,大都采用射极输出形式,其特点是输出阻抗很低,是一种定压输出式的扩音机。当负载阻抗R\(_{L}\)在一定范围内发生变化时,并不影响扩音机的工作状态,扩音机的失真不会有变化,只是供给负载的功率发生变化。因此高传真扩音机与扬声器系统之间,只要满足功率匹配要求就行了,阻抗匹配并不是太重要。

先谈谈几个功率值的意义

在谈到扩音机的输出功率时,常常涉及到正弦波功率、最大不失真输出功率、额定输出功率、扩音机平均工作功率等几个概念。在谈到扬声器的功率时,也常遇到额定功率、最大承受功率、实际工作功率等几个名词。上述几个功率概念读者必须弄清楚,否则在谈到扩音机与扬声器之间的功率匹配时,就会搞混乱。

1.扩音机最大不失真输出功率:简称扩音机最大输出功率。一般是指当扩音机配接8欧负载时,在输出信号总谐波失真系数小于1%条件下,扩音机所能输出的最大功率,可用P\(_{o}\)表示。

如何测量P\(_{o}\)呢?在没有失真度测量仪可精确测出1%失真点情况下,可如图1所示,在扩音机输入端输入频率为1000赫的额定信号,在输出端配接上R4=8欧的负载电阻,将扩音机音量电位器置于最大位置,调整输入1000赫信号的幅度,使其慢慢增大,直到使接于输出端上的示波器的波形刚要发生削顶失真时为止,此时用示波器测出电压波形的双峰值U\(_{PP}\),再除以2就得到峰值电压Up=UPP2,而有效值电压则为U\(_{o}\)=Up/\(\sqrt{2}\)。那么扩音机的不失真最大输出功率就为Po=U\(_{o}\)\(^{2}\);RL。前面所提及的正弦波输出功率也就是指的这个功率。

图1
图1 🔍原图 (456×230)

在业余条件下连示波器也没有怎么办呢?这时可利用经验公式来估计:即P\(_{o}\)=α·\(\frac{E}{^{2}}\)8(RL+R\(_{e}\))。式中RL为扬声器阻抗;R\(_{e}\)为末级功放管发射极电阻,一般为0.5欧左右;α为电路效率,其大小视不同电路而异,一般OTL电路取α≈0.8,OCL电路取α≈0.7;E为电源电压,对于采用正负电源供电的OCL扩音机,其电压E应取正负电源电压绝对值之和。例如用±15伏电源时,E应为15+15=30伏。

2.扩音机的额定输出功率:其值比最大输出功率低,一般都取其为最大输出功率值的50%。例如,某扩音机标明最大不失真功率为20瓦,则额定输出功率为10瓦。

3.扩音机平均工作功率:指扩音机在工作时实际送给负载的平均功率。读者应注意,这个功率与最大输出功率和额定功率是不同的。一定型号的扩音机,其最大输出功率和额定输出功率也是一定的,但是平均工作功率却是受扩音机音量电位器控制的。音量开到最小时,没有输出,平均工作功率为零。随着音量电位器开大,输出信号加大,平均工作功率也加大。

4.扬声器的标称功率(额定功率)和最大承受功率:扬声器的标称功率是指扬声器在长时间工作条件下的输入电功率。在这种条件下工作时,既不会发生机械过载,也不会使音圈因过热而烧毁或者产生振散现象,而且发音也不会明显失真。

在音乐节目重放时,音频信号的幅度变化相当大,以至于瞬时会有超过额定功率数倍的功率加到扬声器上,这对扬声器不但应该能够忍受,而且还不能产生机械损坏,声音失真也不能太大。扬声器能够瞬时承受的最大功率值即为扬声器的最大承受功率,此值一般为额定功率的两倍。有的扬声器标印出一种功率值,如5W或5VA等字样,就说明此扬声器额定功率为5瓦;有的扬声器上标有两种功率值,则一个是额定功率,另一个是最大承受功率。

功率匹配的几点要求

在家用放声系统中,究竟应如何使高传真扩音机与扬声器系统达到功率匹配呢?一般说来能大致满足功率匹配和储备功率匹配两项要求就不错了。

1.功率匹配:一般是要求扬声器的标称功率等于扩音机的额定功率。扩音机的额定功率可参照前面讲过的办法求出来,那么扬声器系统的总标称功率如何求呢?当仅用单只大口径全频带扬声器放声时,比较好计算,这只扬声器的标称功率就是总额定功率。但是对于组合音箱,由于馈入电功率是按信号频段分配到不同的扬声器单元中去的,它的总额定功率该怎样计算呢?有一种看法是:音乐节目中的功率主要集中在低频段,因此组合音箱的标称功率即低频扬声器的标称功率。这种看法不十分严格。若三分频组合音箱中的低频与中频的分频点在300~500赫时,中音扬声器所获得的功率也不小,甚至有与低音扬声器“平分秋色”的可能。况且有些音乐节目中的中高音频信号幅度会超过低频信号幅度,在功率分配上就会有“反客为主”之势。在业余情况下,估算组合音箱总标称功率的较合理的办法,是以低频扬声器的额定功率再加上中、高频扬声器额定功率的一半作为组合音箱的总额定功率。

2.储备功率匹配:为了减小扩音机重放音乐的瞬态失真,许多文章中都提出放音时扩音机的功率应留有5倍以上的富裕量,这是什么意思呢?我们知道,在正常放音时,扩音机和扬声器系统通常是在比额定功率低的情况下工作的,其实际工作功率称为平均工作功率。我们以扩音机最大输出功率与平均工作功率之比定义为扩音机的功率储备量。为了减小瞬态失真,在家庭中以普通唱机、盒式收录机或调频节目为信号源的扩音机,至少应具有5倍以上的功率储备量。具体一点说,在家庭中欣赏音乐时,扩音机实际工作功率最大有2瓦也就足够了,则扩音机的额定功率应为10瓦左右,即最大不失真输出功率应在20瓦左右。扬声器系统的总额定功率也应为10瓦左右。这样,既保持了扬声器系统的额定功率与扩音机的额定功率相等,使其达到功率匹配,又能使扩音机在实际工作时具有5倍以上的功率储备量。

有的人问:扩音机的额定功率能否大于扬声器系统的标称功率?如果大于扬声器的标称功率,在使用时会否损坏扬声器?回答是:这要看使用时扩音机实际输出的平均工作功率有多大。一般说来,在实际放声时,扩音机的平均工作功率最好在扬声器标称功率的一半以下。例如:扩音机的额定功率为20瓦,扬声器的标称功率为10瓦,会不会损坏扬声器呢?我们说,只要扩音机音量电位器别开太大,使扩音机的实际平均工作功率保持在5瓦以下,就决不会损坏扬声器,扬声器发声也比较响。如果想加大扩音机的平均工作功率,在极限情况下,也决不允许其超过扬声器所能承受的最大功率,否则除发声产生失真外,还可能永久性地损坏扬声器单元。(张国华)